CN114910099B - 一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及激光陀螺技术领域，具体是指一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法。包括以下步骤：步骤1，调整控制电路相移参数使其满足谐振电路相位条件；步骤2，在步骤1的基础上测量控制电路的驱动相位；步骤3，在步骤1的基础上测量控制电路的反馈相位；步骤4，在测量控制电路的驱动相位与反馈相位之间的相位差再测量控制电路的延时。本发明通过调整相移参数满足谐振电路相位条件，使得电路谐振，在此基础上测量驱动与反馈之间的相位差，就能准确测量出整个电路的延迟时间，实现了角位移的实时输出；在不同陀螺的应用上，只要保持电路参数的一致性，相位补偿调节到相移位置即可使得电路谐振，从而减小电路调节难度，节约时间，降低成本。
Description
技术领域
本发明涉及激光陀螺技术领域，具体是指一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法。
背景技术
激光陀螺由于其具有很高的精度和较高可靠性，在国防、航天航海等领域具有广泛的应用。激光陀螺自身由于存在锁区，无法感知很小的角速度，因此人为地给陀螺加上了正弦振动信号—机抖信号。因此激光陀螺信号处理的首要工作便是如何高效、可靠地剥除陀螺输出信号中包涵的机抖信号。传统的抖动剥除方式有正弦抵消法、高阶滤波法。这两种方法都有各自的缺点：正弦抵消法采用机抖反馈信号采样值乘以一个系数和激光陀螺的计数信号相减来抵消计数信号中的正弦分量。但由于激光陀螺的压电式反馈具有相位差，且系数的值没有进行动态调整，剥除效果并不理想。高阶滤波方式虽然可以很高地剥除抖动信号，但是由于高阶滤波器带来的较大的输出延时使激光陀螺的动态响应速度降低。
还需要说明的是，陀螺自激振荡电路的调节也是一件很繁琐的事情，需要调节的参数较多，要耗费较长的时间，且不同抖幅，不同频率的陀螺，参数不尽相同。鉴于上述情况，亟待一种能够准确测量机抖激光陀螺控制电路延时以便于电路调节的方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法，用于准确快速测量电路中延时，以便于解决现有技术中陀螺自激振荡电路的调节无法匹配不同抖幅、频率的问题。
本发明通过下述技术方案实现：
一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法，包括以下步骤：步骤1，调整控制电路相移参数使其满足谐振电路相位条件；步骤2，在步骤1的基础上测量控制电路的驱动相位；步骤3，在步骤1的基础上测量控制电路的反馈相位；步骤4，在步骤2、3完成后，测量控制电路的驱动相位与反馈相位之间的相位差，并测量控制电路的延时。现有技术中，传统的抖动剥除方式有正弦抵消法、高阶滤波法。这两种方法都有各自的缺点：正弦抵消法采用机抖反馈信号采样值乘以一个系数和激光陀螺的计数信号相减来抵消计数信号中的正弦分量。但由于激光陀螺的压电式反馈具有相位差，且系数的值没有进行动态调整，剥除效果并不理想。高阶滤波方式虽然可以很高地剥除抖动信号，但是由于高阶滤波器带来的较大的输出延时使激光陀螺的动态响应速度降低。还需要说明的是，陀螺自激振荡电路的调节也是一件很繁琐的事情，需要调节的参数较多，要耗费较长的时间，且不同抖幅，不同频率的陀螺，参数不尽相同。
鉴于上述情况，申请人提出了一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法，具体通过调整相移参数满足谐振电路相位条件，使得电路谐振，在此基础上测量驱动与反馈之间的相位差，就能准确测量出整个电路的延迟时间，实现了角位移的实时输出。并且更进一步地，在不同陀螺的应用上，只要保持电路参数的一致性，直接把相位补偿调节到相移位置即可使得电路谐振，从而减小电路调节难度，节约成本，降低成本。
进一步地，步骤1中还包括：调整控制电路相移参数使其满足反馈相位与驱动相位相差，随后获取控制电路在扫频范围内的不同频率下的电压，并基于获取的电压来计算控制电路的抖动谐振频率。需要说明的是，控制电路工作时，激光陀螺的电压获取单元被连接到控制电路的输入母线或输出端，能够获取控制电路的输入母线电压或输出电压，控制电路的工作频率可由频率变化单元在设定的扫频阈值范围内，由低到高或由高到低自动变换。在扫频范围内可以根据控制电路中元件的固有参数而确定，所以扫频范围必然宽于控制电路的实际谐振频率的偏移范围。从而，电压获取单元能够获取控制电路在扫频范围内不同频率下的电压。
进一步地，其中获取控制电路在扫频范围内的不同频率下的电压进一步包括将控制电路的负载条件设置为两种不同的负载条件，并分别获取控制电路在两种不同负载条件下的电压，再计算两种相同频率、不同负载条件下的电压的差值，根据电压的差值确定控制电路的抖动谐振频率。需要说明的是，通过计算判断单元根据电压获取单元能够获取控制电路在扫频范围内不同频率下的电压计算在两种不同负载条件下的电压的差值，此差值取绝对值。在扫频范围内，电压曲线相交，由本领域技术人员显而易见的是，对不同负载条件下的电压曲线取差值并取绝对值的最小值对应不同负载条件下的电压曲线的交点。由此，计算得出的两种不同负载条件下的电压的差值的绝对值，在阈值扫频范围内必然存在最小值，从而提取出该最小值。更进一步地，计算判断单元对不同负载条件下的电压进行判断，如果其在扫频范围内，除扫频范围的端点所对应的电压值外具有极值，则提取出该极值，最终根据上述的最小值或极值确定电路的谐振频率。
进一步地，步骤2具体包括：在控制电路的管脚处分别产生来自控制电路输入端信号的差异延时版本，对至少两路差异延时版本信号进行分析比对，轮询经过分析比对的输出信号，并通过输出信号的上升沿或下降沿的变化匹配对比电路，再将对比电路的输出信号作为源信号，随后通过对比电路计算源信号的频率值得到控制电路的驱动相位。需要说明的是，激光陀螺产生的一定频率、幅值的波形主要包括：正弦波、方波、三角波、锯齿波等，由于激光陀螺内部或外部因素的影响，该波形包含一些谐波分量以及杂波等，导致波形幻化缓慢或不规则，从而影响相位检测，最终影响延时检测。鉴于此，通过对至少两路差异延时版本信号进行分析比对，轮询经过分析比对的输出信号，并通过输出信号的上升沿或下降沿的变化匹配对比电路，再将对比电路的输出信号作为源信号，随后通过对比电路计算源信号的频率值得到控制电路的驱动相位，能够克服上述问题。
进一步地，步骤3具体包括：将反馈信号经由整形电路整成方波信号，对至少两路方波信号进行异或操作之后以方波信号作为基频，经锁相环倍频得到高频信号作为计数脉冲，再经由获取的计数脉冲得到反馈相位。需要说明的是，基于上述步骤得到反馈相位。
作为优选，步骤4完成后，通过补偿电路将相位补偿调节到相移位置。需要说明的是，激光陀螺电路调节是一件很繁琐的事情，需要调节的参数较多，要耗费较长的时间，且不同抖幅、频率的陀螺参数不尽相同，在不同陀螺的应用上，只要保持电路参数的一致性，直接吧相位补偿调节到相移位置即可使得电路谐振，从而减小电路调节难度，节约时间，降低成本。
本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：
1、本发明通过调整相移参数满足谐振电路相位条件，使得电路谐振，在此基础上测量驱动与反馈之间的相位差，就能准确测量出整个电路的延迟时间，实现了角位移的实时输出；
2、本发明在不同陀螺的应用上，只要保持电路参数的一致性，直接把相位补偿调节到相移位置即可使得电路谐振，从而减小电路调节难度，节约时间，降低成本；
3、本发明测量激光陀螺控制电路延时为相位补偿提供了基础，能够通过超前相位补偿以抵消电路延迟。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1为本发明的流程示意图；
图2为本发明补偿电路示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。需要说明的是，本发明已经处于实际研发使用阶段。
实施例1：
请一并参考附图1~图2，如图所示，一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法，包括以下步骤：步骤1，调整控制电路相移参数使其满足谐振电路相位条件；步骤2，在步骤1的基础上测量控制电路的驱动相位；步骤3，在步骤1的基础上测量控制电路的反馈相位；步骤4，在步骤2、3完成后，测量控制电路的驱动相位与反馈相位之间的相位差，并测量控制电路的延时。现有技术中，传统的抖动剥除方式有正弦抵消法、高阶滤波法。这两种方法都有各自的缺点：正弦抵消法采用机抖反馈信号采样值乘以一个系数和激光陀螺的计数信号相减来抵消计数信号中的正弦分量。但由于激光陀螺的压电式反馈具有相位差，且系数的值没有进行动态调整，剥除效果并不理想。高阶滤波方式虽然可以很高地剥除抖动信号，但是由于高阶滤波器带来的较大的输出延时使激光陀螺的动态响应速度降低。还需要说明的是，陀螺自激振荡电路的调节也是一件很繁琐的事情，需要调节的参数较多，要耗费较长的时间，且不同抖幅，不同频率的陀螺，参数不尽相同。
鉴于上述情况，申请人提出了一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法，具体通过调整相移参数满足谐振电路相位条件，使得电路谐振，在此基础上测量驱动与反馈之间的相位差，就能准确测量出整个电路的延迟时间，实现了角位移的实时输出。并且更进一步地，在不同陀螺的应用上，只要保持电路参数的一致性，直接把相位补偿调节到相移位置即可使得电路谐振，从而减小电路调节难度，节约成本，降低成本。
需要说明的是，步骤1中还包括：调整控制电路相移参数使其满足反馈相位与驱动相位相差，随后获取控制电路在扫频范围内的不同频率下的电压，并基于获取的电压来计算控制电路的抖动谐振频率。需要说明的是，控制电路工作时，激光陀螺的电压获取单元被连接到控制电路的输入母线或输出端，能够获取控制电路的输入母线电压或输出电压，控制电路的工作频率可由频率变化单元在设定的扫频阈值范围内，由低到高或由高到低自动变换。在扫频范围内可以根据控制电路中元件的固有参数而确定，所以扫频范围必然宽于控制电路的实际谐振频率的偏移范围。从而，电压获取单元能够获取控制电路在扫频范围内不同频率下的电压。
需要说明的是，其中获取控制电路在扫频范围内的不同频率下的电压进一步包括将控制电路的负载条件设置为两种不同的负载条件，并分别获取控制电路在两种不同负载条件下的电压，再计算两种相同频率、不同负载条件下的电压的差值，根据电压的差值确定控制电路的抖动谐振频率。需要说明的是，通过计算判断单元根据电压获取单元能够获取控制电路在扫频范围内不同频率下的电压计算在两种不同负载条件下的电压的差值，此差值取绝对值。在扫频范围内，电压曲线相交，由本领域技术人员显而易见的是，对不同负载条件下的电压曲线取差值并取绝对值的最小值对应不同负载条件下的电压曲线的交点。由此，计算得出的两种不同负载条件下的电压的差值的绝对值，在阈值扫频范围内必然存在最小值，从而提取出该最小值。更进一步地，计算判断单元对不同负载条件下的电压进行判断，如果其在扫频范围内，除扫频范围的端点所对应的电压值外具有极值，则提取出该极值，最终根据上述的最小值或极值确定电路的谐振频率。
需要说明的是，步骤2具体包括：在控制电路的管脚处分别产生来自控制电路输入端信号的差异延时版本，对至少两路差异延时版本信号进行分析比对，轮询经过分析比对的输出信号，并通过输出信号的上升沿或下降沿的变化匹配对比电路，再将对比电路的输出信号作为源信号，随后通过对比电路计算源信号的频率值得到控制电路的驱动相位。需要说明的是，激光陀螺产生的一定频率、幅值的波形主要包括：正弦波、方波、三角波、锯齿波等，由于激光陀螺内部或外部因素的影响，该波形包含一些谐波分量以及杂波等，导致波形幻化缓慢或不规则，从而影响相位检测，最终影响延时检测。鉴于此，通过对至少两路差异延时版本信号进行分析比对，轮询经过分析比对的输出信号，并通过输出信号的上升沿或下降沿的变化匹配对比电路，再将对比电路的输出信号作为源信号，随后通过对比电路计算源信号的频率值得到控制电路的驱动相位，能够克服上述问题。
需要说明的是，步骤3具体包括：将反馈信号经由整形电路整成方波信号，对至少两路方波信号进行异或操作之后以方波信号作为基频，经锁相环倍频得到高频信号作为计数脉冲，再经由获取的计数脉冲得到反馈相位。需要说明的是，基于上述步骤得到反馈相位。
实施例2：
本实施例仅记述区别于实施例1的部分，具体为：步骤4完成后，通过补偿电路将相位补偿调节到相移位置。需要说明的是，激光陀螺电路调节是一件很繁琐的事情，需要调节的参数较多，要耗费较长的时间，且不同抖幅、频率的陀螺参数不尽相同，在不同陀螺的应用上，只要保持电路参数的一致性，直接吧相位补偿调节到相移位置即可使得电路谐振，从而减小电路调节难度，节约时间，降低成本。
对于补偿电路，结合说明书附图2，延迟时间常数，按理说只要保持两者的乘积不变，就能得到相同的时间常数，从而得到相同的时间延迟，但是在实际电路应用中，RC的大小直接影响到下一级电路的输入阻抗，比如集成运算放大电路，在不是很理想的情况下，会影响到放大电路的增益、相位等。在激光陀螺谐振电路中，为了满足电路谐振相位要求，通过相位超前补偿以抵消电路延迟。在本申请的相位补偿电路中，C有两个作用：第一、消除前级乘法器产生的直流分量；第二、和R一起产生电路相位补偿，通过上述测量方法确定总延时后即确定了时间常数。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，调整控制电路相移参数使其满足谐振电路相位条件；
步骤2，在步骤1的基础上测量控制电路的驱动相位；
步骤3，在步骤1的基础上测量控制电路的反馈相位；
步骤4，在步骤2、3完成后，测量控制电路的驱动相位与反馈相位之间的相位差，并测量控制电路的延时；
步骤1中还包括：调整控制电路相移参数使其满足反馈相位与驱动相位相差，随后获取控制电路在扫频范围内的不同频率下的电压，并基于获取的电压来计算控制电路的抖动谐振频率；
步骤2具体包括：在控制电路的管脚处分别产生来自控制电路输入端信号的差异延时版本，对至少两路差异延时版本信号进行分析比对，轮询经过分析比对的输出信号，并通过输出信号的上升沿或下降沿的变化匹配对比电路，再将对比电路的输出信号作为源信号，随后通过对比电路计算源信号的频率值得到控制电路的驱动相位；
步骤3具体包括：将反馈信号经由整形电路整成方波信号，对至少两路方波信号进行异或操作之后以方波信号作为基频，经锁相环倍频得到高频信号作为计数脉冲，再经由获取的计数脉冲得到反馈相位。
2.根据权利要求1所述的一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法，其特征在于：其中获取控制电路在扫频范围内的不同频率下的电压进一步包括将控制电路的负载条件设置为两种不同的负载条件，并分别获取控制电路在两种不同负载条件下的电压，再计算两种相同频率、不同负载条件下的电压的差值，根据电压的差值确定控制电路的抖动谐振频率。
3.根据权利要求1所述的一种测量机抖激光陀螺控制电路延时的方法，其特征在于：步骤4完成后，通过补偿电路将相位补偿调节到相移位置。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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